Teма. 7. 

Цифрови телекомуникационни технологии oт безжична 

технология - BLUETOOTH

1. Въведение в безжични технологии.

Една   от   най-новите   технологии   за   близки   безжични   комуникации   е 

Bluetooth технологията. Това е една многообещаваща технология, която не само 
позволява елиминирането на кабелите  при свързване  на нашите компютри и 
битовото електронно оборудване,  но обещава създаването на нови, атрактивни 
приложения   за   обмен   на   електронна   информация,   електронно   заплащане   и 
какви ли не още услуги.  Това е технология, която ще засегне в една или друга 
степен всички онези дребни неща, с които е изпълнено нашето ежедневие – 
нашите контакти, организацията на нашето ежедневие, достъпа и управлението 
на електронното домакинско оборудване.

1.1. Произход на наименованието.   

Наименованието   на   технологията   е 

твърде странно, буквално преведено от английски Bluetooth означава 
“Син   зъб”   .     Това,   имайки   предвид   историята   на   скандинавските 
земи,   може   да   се   свърже   с   крал   Харалд     (Harald   Bluetooth) 
предводител   на     викингите   и   обединител.   Той   се   наричал   Харалд 
Гормсон,   но   много   често   го   наричали   с   прозвището,   влязло   в 
английските летописи като Bluetooth – «Синезъб». 

1.2.   История   на   развитие   на   стандарта.  

През   1995   година   стратезите   на 

такива   отрасли   от   промишлеността   като   телекомуникациите   и 
информационните технологии осъзнали, че сравнително евтината и икономична 
от гледна точка   на потребление на   енергия радиовръзка, или още наречена 
безжична връзка, вече е реална и достижима. Затова   на близки разстояния тя 
напълно   може   да     замени   кабелната   връзка.   Били   проведени   изследвания   и 
скоро   били   определени   общите   очертания   на   технология   под   кодовото 
наименование "Bluetooth". Целта на създателите на   технологията била, да се 
обезпечи надеждно обслужване за мобилните абонати и бизнес-потребители в 
рамките на компактна радиотехнология, действаща на малки разстояния.   

1.Използване в целия свят;
2.Работа с глас и предаване на данни;
3.Възможност за установяване на 

ad hoc

 съединения (за специални цели) 

4.Възможност за противодействие на шума от други източници;
5.Малки размери за удобно интегриране с различни устройства;
6.Минимално   енерго   потребление,   в   сравнение   с   други   устройства, 

предназначени за подобни цели;

7.Отворен интерфейсен стандарт (OSI);
8. Ниска цена.

В   началото   на   1998   година   компаниите  

Nokia,  Ericsson,  IBM,  Intel

  и 

Toshiba

 образуват консорциум, който се заема с разработката на технологията 

за   безжична   връзка   -  Bluetooth.   Отначало   консорциумът   бил   открит   за 
сътрудничество   и   сега   в  

Bluetooth  SIG  (Special  Interest  Group)  Promoters

, 

която се занимава с разработката на стандарта, влизат  

3Com,  Ericsson,  IBM, 

Intel,  Lucent,  Microsoft,  Motorola,  Nokia

  и  

Toshiba

. В настоящия момент все 

още действа версия 1.1 на спецификацията, излязла  на 1 декември 1999 година. 

1.3. Накратко за  Bluetooth технологията

Това е технология, която ще ни въведе в света на безжичните връзки. С 

помощта   на   радио-вълни   с   малка   мощност,   тази   технология   позволява 
безжичното свързване на различни електронни устройства.

Bluetooth позволява на произволно електронно устройство да комуникира 

с   произволно   друго   електронно   устройство,   автоматично.   Това   означава,   че 
вашият   мобилен   телефон   или  

PDA

,   може   да   се   свърже,   синхронизира   и 

управлява друго електронно устройство във вашия дом или офис – персонален 
компютър, принтер, телевизионна мрежа, домашната алармена система и др. 
Напълно автоматично, без да усетите това. 

Фиг.1.1. Безжична връзка между различни устройства в дома и офиса

Bluetooth  технологията може да се приложи с особен успех и в света на 

комуникациите. 

И много, много други приложения:

-

Например   имате   едно   устройство,   което   включва   и   изключва 
алармената система, отключва и заключва входната врата, оперира с 
гаражната врата, следи и управлява отоплителната система на дома;

-

Управление   на   цялото   домакинско   оборудване   –   телевизор, 
аудиосистема,   видео   система,   осветление   –   с   едно   единствено 
дистанционно управление; 

117

-

Портативно устройство, което може да бъде използвано като фирмен 
надзирател и да следи състоянието на оборудването и периодично да 
записва събраните данни в главен компютър;

-

PDA

  или   мобилен   телефон,   който   да   функционира   като   електронен 

портфейл при покупка на продукти, билети за кино или в ресторанта;

-

В   автомобила   –   устройство,   което   комуникира   с   други  Bluetooth 
устройства   на   борд-компютъра,   предоставяйки   ви   допълнителна 
информация за направлението на пътя, забележителностите на района, 
през който преминавате, както и възможност да управлявате гласово 
радиото, климатичната инсталация, прозорците и др.;

-

В   театъра,   в   киното   или   при   друга   обществена   изява   -  Bluetooth 
устройство, което изключва звънците на всички мобилни  телефони в 
залата със започване на представлението.

1.4.Как работят Bluetooth устройствата

Въвеждането на Bluetooth устройствата води до:

-

елиминирането   на   кабелите   между   стационарните   и   мобилни 
устройства;

-

улесняване на обмена на данни и говор;

-

автоматично синхронизиране между Bluetooth устройствата.

Технологията  Bluetooth  работи   в   свободния   от   лицензиране    

ISM 

(Industrial  Scientific  Medicine

) обхват 2.4GHz. Работейки на честота 2,4  GHz, 

приемо-предавателят,   който   представлява  

 Bluetooth-чип,   позволява   в 

зависимост   от   мощността,   да   установява   съединение   на   10   или   100   метра. 
Разликата   в   разстоянията   е   голяма,   но   съединение   на   10   метра   позволява 
използването   на   интегрални   схеми   с   малки   размери,   малка   консумация   и 
сравнително   ниска   цена.   Така   например   маломощният   предавател   има 
консумация само   0.3  mА в режим “

standby”

  и средно   30  mА при обмен на 

информация. 

Както   вече  беше   споменато,   една  от   важните   особености  на   тази  нова 

технология   е   автоматичното   установяване   на   съединение   между  Bluetooth 
устройствата, намиращи се в обсега на действие на системата. Затова работата 
на всяко Bluetooth устройство, оказало се в непозната среда, започва с търсенето 
на   други   такива   устройства     (

device  discovery

),   т.е.   изпраща   запитване. 

Отговорът,   който   ще   получи  Bluetooth  устройството,   зависи   не   само   от 
наличието на активни устройства в радиуса на връзката, но и от режима в който 
се намират те. На този етап са възможни три основни режима:

Discoverable  mode

  -   Намиращите   се   в   този   режим   устройства,   винаги 

отговарят на всички получени запитвания;

118

Limited discoverable mode

 - В този режим се намират устройства, които 

могат   да   отговарят   на   запитвания   само   за   ограничено   време   или   при 
съблюдаване на определени условия;

Non-discoverable mode

 - Намиращите се в този режим устройства, както 

става ясно от наименованието, не отговарят на нови запитвания;

Но това все още не е всичко. Дори и да бъде открито налично устройство 

в подходящ режим, то може да бъде в 

connectable

 mode или в 

non-connectable 

mode

. В 

non-connectable mode

 устройството не позволява да се  настроят някои 

важни параметри на съединението, което няма да позволи обмена на данни. Ако 
устройството се намира в  

connectable  mode

, то се пристъпва към договаряне 

между   двете  Bluetooth  устройства   за   използвания   диапазон   на   честотата, 
количеството и порядъка на смяна на честотата и други физически параметри на 
съединението.

Ако   процесът   на   търсене   е   преминал   нормално,   то   новото   устройство 

получава набор от адреси на достъпни Bluetooth устройства, след  което следва 
процедурата  

device  name  discovery

,   при   която   новото   устройство   изяснява 

имената на всички достъпни  Bluetooth  устройства от списъка. Всяко  Bluetooth 
устройство трябва да има свой глобално уникален адрес, но на потребителско 
ниво обикновено не се използва този адрес, а име на устройството, което може 
да бъде произволно и не е задължително да е глобално уникално. Името на 
Bluetooth устройството може да бъде с дължина до 248 байта.

Още   една   от   важните   особености   на  Bluetooth  се   явява   автоматичното 

свързване   на  Bluetooth  устройството   към   услугите,   предоставени   от   другите 
Bluetooth  устройства.   Затова,   след   уточняване   на     списъка   на   имената   и 
адресите, се изпълнява процедура по опознаване на достъпните услуги (

service 

discovery

),   предоставени   от   достъпните   устройства.   Получаването   или 

предоставянето   на   каквито   и   да   било   услуги   се   осъществява   с   помощта   на 
специален протокол 

Service

Discovery Protocol (SDP)

.

Bluetooth   работи   на     принципа  

FHSS   (Frequency-Hopping   Spread 

Spectrum)

.  Накратко   това  може   да   се     обясни   така:   предавателят  разбива 

данните   на   пакети   и  ги  предава   по   псевдослучаен   алгоритъм,  скокообразно 
пренастройвайки   честотата   (1600   пъти   в   секунда),   или  по  шаблон   (pattern), 
съставен   от   79   подчестоти.   Две   устройства   могат   да   установят   връзка   и   да 
обменят   информация,   само   когато   са   настроени   на   един   и  същ   шаблон  на 
приемане и предаване. 

Възприета   е   употребата   на    канал,   разделен   на   слотове   с   номинална 

дължина на слота от 625 μs. За пълно дуплексно предаване се използва дуплекс 
с време-разделяне  –  

TDD

  (

Time  Dvision  Duplex

). По канала информацията се 

обменя,   чрез   пакети,   всеки   от   които   се   предава   в   различен   честотен 

119

интервал /

hop frequency

/. Един пакет покрива един слот, но може да се разшири 

до пет слота.

Bluetooth  протокола   използва   комбинация   от   комутация   на  

пакети

  и 

комутация   на  

канали

.   Слотовете   могат   да   бъдат   резервирани   за   синхронни 

пакети. Bluetooth може да поддържа асинхронен даннов канал, най-много до три 
едновременни гласови канала или един канал, който едновременно поддържа 
асинхронни   данни   и   синхронен   глас.   Всеки   гласов   канал   поддържа   64  kb/s 
синхронен   (гласов)   канал   във   всяка   посока.   Асинхронния   канал   може   да 
поддържа максимално 723 kb/s асиметричен или 433 kb/s симетричен. 

Bluetooth  системата   осигурява   връзка   от   типа   “точка-точка”   (включва 

само две Bluetooth устройства) или “точка-много точки”, показани на фиг.1.2. 

Г л а в н о   У с т р о й с т в о

П

о д ч и н е н о   У с т р о й с т в о

a

b

c

Фиг.1.2.  Пиконети с едно подчинено (а),

 с много подчинени устройства (b), скатернет (c)

При   връзката   “точка-много   точки”,   каналът   е   споделен   между 

няколко  Bluetooth  блока.   Два   или   повече   блока,   споделили   един   общ   канал 
образуват   пиконет   (piconet).  

Piconet  –  

В   една  Bluetooth  система,   каналът   е 

поделен   между   няколко  Bluetooth  единици.   Единиците   поделящи   един   общ 
канал образуват пиконет. Пиконет започва   с две съединени устройства, като 
портативен персонален компютър и мобилен телефон, и може да нараства до 
осем съединени устройства, което изисква адресно пространство ограничено от 
3 бита. Всички Bluetooth устройства се  явяват с еднакъв ранг и имат идентична 
реализация. Обаче при установяването на пиконет едно устройство ще действа 
като  мастер  (главно) за  целите  на   синхронизацията,   а друго(и)  – как  слейв 
(подчинено) при поддържане на пиконет-съединение.

Едно  Bluetooth  устройство   участва   като   главно   устройство   (master)   за 

пиконета, докато другите са подчинени. 

Главното   устройство   в   пиконет   осигурява   генерирането   на 

синхронизиращите импулси, последователността за промяна на честотата, както 

120

и номерирането на каналите. То определя шаблона, по който ще работят всички 
подчинени устройства в неговата пиконет, и синхронизира нейната работа. Най-
много   седем   подчинени   устройства   могат   да   бъдат   активни   в   пиконета.   В 
допълнение на това, много повече подчинени устройства могат да съществуват, 
включени към главното устройство в т.н. неактивно  състояние (

parked state

). 

Тези   подчинени устройства не могат да бъдат активни по канала, но остават 
синхронизирани   към   главното   устройство.   Достъпа   до   канала   за   активни   и 
неактивни подчинени устройства се контролира от главното устройство.  

Няколко   пиконета,   с   припокриване   в   общия   ефирен   ресурс,   формират 

една   скатернет   (

scatternet

).   Всяка   пиконет   може   да   има   само   едно   главно 

устройство.   Подчинените   устройства   могат   да   бъдат   разделени   в   различни 
пиконети на принципа на  мултиплексиране по време. Главно устройство в една 
пиконет може да бъде подчинено на друга пиконет. Пиконетите не трябва да са 
синхронизирани по честота. Всяка пиконет има свой собствен диапазон в канала 
и своя схема на промяна на честотата.

1.5.Структурна схема на Bluetooth устройство

Нека  разгледаме  накратко   архитектурата   на  едно  Bluetooth  съвместимо 

устройство. 

Фиг.1.3. Структура на Bluetooth устройство.

С   термина  Bluetooth  устройство   се   обозначава   всяко   завършено 

електронно изделие, което съдържа  Bluetooth  приемо-предавателен блок. Този 
блок сам по себе си не е устройство, а по-скоро само компонент от  Bluetooth 
устройството.   На   практика  Bluetooth  устройството   може   да   бъде   мобилен 
телефон или персонален цифров помощник 

(PDA

), или персонален компютър, 

принтер, скенер или слушалка. 

Естествено,  всяко  Bluetooth  устройство обединява  повече технологии и 

има   собствена   специална   цел   –   принтерът   е   предназначен   за   разпечатване, 
мобилният телефон служи за осъществяване на разговори и т.н. В    Bluetooth 
терминологията  не-Bluetooth  частта  на устройството се нарича   

host;

всички 

Bluetooth  компоненти   (хардуер   и   софтуер)   са   обединени   в   т.н.  

Bluetooth 

121

module.

  Комуникацията   между   хоста   и  Bluetooth  модула   се   поддържа   от 

Bluetooth Link Manager

 софтуера и  

Host контролера

 на Bluetooth модула.

Bluetooth Radio 

Ядрото на всяко Bluetooth устройство, разбира се е приемо-предавателят. 

Той прилича на обикновен приемо-предавател, с тази разлика, че е по-малък и 
по-маломощен.   Както   вече   беше   споменато,  Bluetooth  работи   в  2.4GHz, 
използвайки  скокообразна смяна на честотата и схема на мултиплексиране по 
време

 (TDD

). При тази схема  всяка честота е разделена тайм слотове, всеки с 

продължителност 625

µ

s, като всеки два последователни тайм слота се използват 

за предаване и приемане на данни. При това главното устройство предава във 
всеки четен тайм слот, а подчиненото - във всеки нечетен.

Bluetooth  приемо-предавателя   се   свързва   директно   с  контролера   на 

връзката   (

Link  Controller

) чрез софтуера за управление на връзката и  

Link 

Manager Protocol

, който след това се свързва с  

Host Controller

 и чрез него с 

Хост устройството.  

За да изпълни тази си роля  

LM

  софтуера, трябва да използва услугите, 

предоставени   от   основния  

LC

  хардуер.   Контролерът   на   връзката     (

LC

) 

съдейства   за   изпращането   и   приемането   на   данни,   осигурявайки   връзката   и 
другите дейности. 

Фиг. 1.4.Управление на връзката

Съобщенията, изпращани между тези две единици става под форма, която 

се нарича 

Protocol Data Units (PDUs

) – Протоколна единица от данни. Докато 

тези кратки системни съобщения са ключът към поддържане на връзката между 
двете   устройства,   те   имат   по-висок   приоритет   отколкото   потребителските 

122

Link
Managr
(Software

)

Link
Manager
(Software

)

Link
Controller
(Hardware

)

Link
Controller
(Hardware

)

Baseband

Baseband

Link 
Manager

данни.   Понастоящем   има   55   различни   

PDUs

,   дефинирани   в  Bluetooth 

спецификацията. 

1.6.Bluetooth технология -  протоколи

След   като   се   установи   дадено   съединение,   то   може   да   се   използва   за 

различни   цели.   Ключът   към   всички   връзки   и   комуникации   е   наличието   на 
подходящ   софтуер   за   управляване   на   всички   тези   дейности.   В  Bluetooth 
спецификацията този софтуер е под формата на стандартизирани протоколи, 
които се използват за осъществяване на различни процедури и обработка. Някои 
от тези протоколи са уникални, други са създадени и се използват при други 
видове технологии и приложения.

Протоколът   представлява   просто   дефинирано   правило,   което   задава 

специфичен начин за комуникация между устройствата едно с друго. Всеки тип 
комуникационна   и   мрежова   технология   включва   своя   собствена   група   от 
протоколи, които описват прецизно начина на изпращане и приемане на данни, 
т.е. всеки протокол може да се разглежда като специфичен трафичен закон. 

В   повечето   случаи   различните   протоколи,   използвани   в   дадена 

специфична   технология   попадат   във   вече   дефинирана   йерархия.   Основният 
слой   на   йерархията   обикновено   съдържа   протоколи,   които   се   използват   във 
всички приложения на технологията. Другите слоеве са разположени над този 
основен слой и съдържат протоколи, които дефинират все повече вертикални 
функции. Това подреждане на протоколите под формата на слоеве се нарича 
протоколен стек    (

protocol  stack)

.    В  Bluetooth  спецификацията има един общ 

протоколен стек, включващ всички възможни протоколи, които могат да бъдат 
използвани   при   всяко   приложение   със   свой   уникален   протоколен   стек, 
съдържащ   само   онези   протоколи,   които   се   използват   при   това   приложение. 
Пълният  Bluetooth протоколен стек е показан на фиг.1.5. 

123

Фиг.1.5. Пълен протоколен стек

На схемата e представен обзор на протоколите, използвани  и поддържани 

от Bluetooth, и е   показано,   по какъв начин те взаимодействат   помежду си. 
Както   обикновено   при   такъв   род   схеми,   протоколите   са   изобразени   в 
съответствие с приблизителната йерархия, при което “висшите” протоколи са 
разположени най-отгоре. 

Взаимодействие на двете устрийства

Протоколите   могат   да   се   разделят   на   следните   групи:

           1.Основни протоколи – 

Baseband, Link Manager Protocol (LMP), Logical 

Link  Control  and  Adoption  Protocol  (L2CAP) 

и  

Service  Discovery  Protocol 

(SDP)

;

           2.Протокол за замяна на кабела – 

RFCOMM

;

124